110KV降压变电所设计.doc

110KV降压变电所设计发电厂电气部分结业论文110KV降压变电所设计课程名称：发电厂电气部分任课教师：姜新通所在学院：信息技术学院专 业：电气工程及其自动化班级：学生姓名： 中国大庆2012 年 5 月设计任务书一、原始资料：1、变电所性质：区域性变电所。2、地理位置：位于南方中等城市近郊，向市区及较大工业用户供电。3、自然条件：所区地势属高原地区，海拔1200m，交通方便，有公路经过。最高气温+42，最低气温-15，年平均温度+20，最大风速35m/s，覆冰厚度2mm，地震烈度6级，土壤电阻率R时，可以略去电阻的影响。 短路点离同步调相机和同步电动机较近时，应该考虑对短路电流值的影响。有关感应电动机对电力系统三相短路冲击电流的影响：在母线附近的大容量电动机正在运行时，在母线上发生三相短路，短路点的电压立即降低。此时，电动机将变为发电机运行状态，母线上电压低于电动机的反电势。 在简化系统阻抗时，距短路点远的电源与近的电源不能合并,两个容量相差很大的电源不能够合并。 以供电电源为基准的电抗标幺值3.5,可以认为电源容量为无限大容量的系统,短路电流的周期分量在短路全过程中保持不变。短路电流计算结果如下表：I（KA）(KA）（KA）（KA）110kv21.162.15.0960Kkv4.454.244.5511.3335Kkv14.0413.3414.1435.74 短路电流计算结果表第4章 主要电气设备的选择及校验正确的选择电器是使电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。在进行电器选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术并注意节省投资，选择合适的电器。尽管电力系统中各种电器的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全相同。但对它们的基本要求却是一致的。电器要能可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定。第一、按正常工作条件选择电器1、额定电压和最高工作电压电器所在电网的运行电压因调压或负荷的变化，常高于电网的额定电压，故所选电器允许最高工作电压Ualm不低于所接电网的最高运行电压Usm，即UalmUsm。一般电器允许的最高工作电压：当额定电压在220KV及以下时为1.15UN；额定电压为330-500kv时为1.1UN。而实际电网的最高运行电压一般不超过1.1UNS因此在选择电器时，一般可按照电器的额定电压UN不低于装置地点电网额定电压UNS的条件选择，即UNUNS。2、额定电流电网的额定电流IN是指在额定周围环境温度 0下，电器的长期允许电流。IN应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流Imax，即INImax。由于发电机、调相机和变压器在电压降低5%时，出力保持不变，故其相应回路的Imax为发电机、调相机或变压器的额定电流的1.05倍；母联断路器回路一般可取母线上最大台发电机或变压器的Imax。3、按当地环境条件校验在选择电器时，还应考虑电器安装地点的环境（尤须注意小环境）条件，当气温、风速、温度、污秽等级、海拔高度、地震烈度和覆冰厚度等环境条件超过一般电器使用条件时，应采取措施。第二、按短路情况校验1、短路热稳定校验短路电流通过电器时，电器各部件温度（或发热效应）应不超过允许值。满足热稳定的条件为：Itt2Qk式中：Qk短路电流产生的热效应。It、t电器允许通过的热稳定电流和时间2、电动力稳定校验电动力稳定是电器承受短路电流机械效应的能力，亦称动稳定。满足动稳定条件为：iesish式中ies短路冲击电流幅值ish电器允许通过的动稳定电流的幅值3、短路计算时间校验电器的热稳定和开断能力时，必须合理地确定短路计算时间。验算热稳定的计算时间tk为继电保护动作时tpr和响应短路器的全开断时间tab之和，即tk=tpr+tab 而tab=tin+ta式中tab断路器全开端时间 tpr后备保护动作时间 tin断路器固有分闸时间 ta断路器开断时电弧待续时间，对少油断路器为0.04-0.06s,对SF6断路器和压缩空气断路器约为0.02-0.04s。一、断路器及隔离开关的选择：1、选择：（1）按正常工作条件选择： a、按额定电压选：额定电压和最高工作电压，一般按所选电器和电缆允许最高工作电压Ugmax不低于所按电网的最高运行电压Uymax。 即：UgmaxUymax b、按额定电流选：在额定周围环境温度下长期允许电流Iy，应不小于该回路最大持续工作电流Igmax 即：IyIgmax 短路计算参数如下：110KV：I/=4.922KA ich=12.55A S/=980.37MVA60KV ：I/=8.276KA ich=21.1A S/=530.36MVA35KV： I/=22.61KA ich=57.66A S/=411.19MVA110KV选择LW35110型断路器计算数据LW35-110U（KV）110Ue（KV）110Igmax(A)376.4Ie(A)3150I/(KA)4.922Ir(KA)31.5ich(KA)12.55idw(KA)80I2tdz4.9220.5Ir2t31.52335KV选择ZN8535型断路器计算数据ZN8535U（KV）35Ue（KV）40.5Igmax(A)496Ie(A)1600I/(KA)8.276Ir(KA)25ich(KA)21.2idw(KA)63I2tdz8.27620.6Ir2t2524 10KV主变侧选VS1-123150，负荷侧选VS1-12-1250计算数据VS1-12/-3150计算数据VS1-12-1250U（KV）35Ue（KV）12U（KV）10Ue（KV）12Igmax(A)1989Ie(A)3150Igmax(A)144.3Ie(A)1250I/(KA)22.61Ir(KA)40I/(KA)22.61Ir(KA)31.5ich(KA)57.66idw(KA)100ich(KA)57.66idw(KA)80I2tdz22.612X0.75Ir2t4024I2tdz22.6120.75Ir2t31.524隔离开关选择结果如下： 110KV选GW4110型： 计算数据GW4-110U(KV)110Ue（KV）110Igmax(A)174Ie(A)1250I(KA)4.922Ir(KA)21.5ich(KA)12.55idw(KA)80二、高压开关柜的选择： 根据所选择的形式，所选开关柜的型号如下：10KV：KYN281235KV：KYN6140.5 三、电流互感器的选择： 1、选择：根据电网额定电压等其他条件，查常用设备手册选电流互感器型号如下： LH选择： 技术特性型号LVQB-110LZZBJ-35LZZBJ-10额定电压（KV）1103510额定电流（A）2200/51500/521500/51秒热稳定倍数45/1565/1575/15动稳定倍数12590次级组合D/D/D/0.5/0.2D/D/0.5/0.2D/0.5/.02 当电流互感器用于测量时，其一次侧额定电流应尽量选择比回路中工作电流大1/3左右，以保证测量仪表最佳工作，并在过负荷时使仪表有适当的指示。 a、回路最大持续工作电流：110KV侧： 60KV侧： 35KV侧：b、馈路最大持续工作电流：110KV侧：60KV侧：35KV侧：四、电压互感器的选择： 根据电网额定电压、一次电压、二次电压等条件，查常用设备手册，选择电压互感器型号如下：安装等级型号Ue（KV）电压比接线方式台数110KVJDZX-110110110/100100Y0Y0360KVJDZX-606060/0.10.1Y0Y0335KVJDZX-353535/0.10.1Y0Y01五、高压熔断器的选择：根据电网电压的要求，本站60KV、35KV电压互感器都用高压熔断器进行保护，保护电压互感器的熔断器只需按额定电压和开断容量来选择，查阅有关设计资料得：60KV电压互感器使用RN260型高压限流熔断器，其技术参数：Ue=60KV，Le=0.5A，Sde=1000MVA。35KV电压互感器选用RN235型高压熔断器，其技术参数：Ue=35KV，Le=0.5A，Sde=1000MVA。 高压熔断器选择结果：安装地型号电压电流断流容量最 大分断流数量备 注60KV电压互感器RN26060KV0.5A1000MVASOKA2 组保护室内电压互感器35KV电压互感器RN23535KV0.5A1000MVASOKA2 组保护室内电压互感器六、母线的选择：常用导体材料在铜、铝等。载流导体一般采用铝质材料，110KV及以上配电装置一般采用软导线。硬母线截面在矩形、槽形、管形等。矩形母线用于35KV及以下，电流在4000A及以下配电装置。导体截面可按长期发热允许电流或经济电流密度选择，变电所的汇流母线均按长期发热允许电流进行选择，各引线则按经济电流密度选择。按经济电流密度选择导体截面可使年计算费用最低。对应不同种类的导体和不同的最大负荷利用小时数Tmax将有一个年计算费用最低的电流密度称为经济电流密度J。按经济电流密度选择的导体截面的允许电流还必须满足IgmaxkIal电晕电压校验当110KV所选导线截面积大于70mm2时，可不作电晕电压校验。矩形导体不作电晕电压校验。 热稳定校验 动稳定校验 y-母线材料的允许应力max-作用在母线上的最在计算应力各电压等级负荷，最大负荷利用率为：110KV侧：Tmax=5000小时35KV侧：Tmax=4500小时10KV侧：Tmax =4000小时1、110KV母线及引出线的选择1) 主变110KV侧的引出线的选择：根据设计要求及有关资料可知110KV及以上的配电装置蔽露布置时、不宜采用硬导体。因这个电压等级以上的硬件导体散热条件较差。故主变110KV侧的引出线，应按经济电流密度选择软导体。2) 110KV输电线路导线的选择，应按最大负荷电流选择截面。3) 110KV母线选择可按照单回最大110KV出线选择，也选择LGJ-400型钢芯铝绞线。2、60KV母线及引出线的选择1) 60KV母线的选择：根据设计要求，本变电站60KV出线为7回，因此，60KV母线应选硬导体为宜，其截面应按最大持续工作电流选择。2) 主变60KV侧至60KV母线连线的选择根据设计要求及有关规定一般选矩形铝母线做变压器至母线的连接线，Igmax =496A按经济电流密度选设Tmax=4500h，查有关资料得，J=0.84A/mm2，经查有关设计手册得：试选用1008单条矩形铝线平放时，长期允许载流量为1542A，取综合校正系数K=0.94，则实际载流量为IXR =15420.94=1449.5A Igmax，1008单条矩形铝母线动稳定和热稳定此前校验过，满足要求。3) 60KV侧输电线路的选择，应按其最大负荷电流选择导体截面。3、35KV侧导线的选择：1) 35KV侧母线的选择：根据设计要求，本变电所35KV的最终回路较多，因此35KV母线应选硬导体为宜，其截面应按最大持续工作电流选择。2) 主变35KV侧至35KV母线连线的选择根据设计要求及有关规定一般选矩形铝母线做变压器至母线的连接线，Igmax=1819A按经济电流密度选设Tmax=4000h，查有关资料得，J=0.9A/mm2，经查有关设计手册得：试选用2（1008）条矩形铝母线平放时，长期允许载流量为2298A，取综合校正系数K=0.94，则实际载流量为IXR =22980.94=2160A Igmax =1819A，1008双条矩形铝母线动稳定和热稳定此前校验过，满足要求。3) 35KV侧输电线路软导体的选择，应按最大负荷电流选择导体截面。电压等级型号截面积（mm）载流量备注110KV输电线路及母线LGJ-400400898A敝露式装设主变进线LGJ-240240610A架空线60KV母线及母变连接线LMY-10088001542A单片矩形室内外混装输电线路LGJ-185185510A架空线35KV母线及母变连接线LMY-2（1008）16002298A双片矩形室内外混装输电线路LGJ150150470A架空线第5章 变电所的防雷保护规划避雷针、避雷器是变电所屋外配电装置和所区电工建筑物防护直击雷过电压的主要措施。变电所借助屋外配电装置架构上的避雷针和独立避雷针共同组成的保护网来实现，主控制室和屋内配电要采用屋顶上的避雷带。一、直击雷的过电压保护： 装设独立避雷针，为防止雷直击变电设备及其架构、电工建筑物，其冲击接地电阻不宜超过10欧，为防止避雷针落雷引起的反击事故，独立避雷针与配电装置架构之间的空气中的距离SK不宜小于5m，独立避雷针的接地装置与接地网之间的地中距离Sd应大于3m。35kV、ll0kV配电装置： 在架构上装设独立避雷针，将架构支柱主钢筋作引下线接地。 主变压器装设独立避雷针 各电压等级母线桥：装设独立避雷针。 主控制楼：屋内配电装置钢筋焊接组成接地网，并可靠接地。二、雷电侵入波的过电压保护 对入侵波防护的主要措施： 变电所内必须装设避雷器以限制雷电波入侵时的过电压，在ll0kV、35kV靠近变电所l-2kM的进线上架设避雷线，其耐雷水平分别不应低于30kA和75kA保护角在25和30范围内，冲击接地电阻在l0左右，以保证大多数雷电波只在此线段外出现，即设置进线段保护。对于三绕组变压器，应在低压侧任一相绕组对地加装一个避雷器，对于变压器中性点保护，因中性点为直接接地，变压器为分级绝缘。其绝缘水平为35kV等级，需在中性点上装避雷器。三、避雷器的配置： (1)进出线设备外侧； (2)所有母线上； (3)变压器高压侧，尽量靠近变压器； (4)变压器低压侧为时，只装在B相； (5)主变压器中性点，按其绝缘水平等级选设；四、避雷线的配置： (1)ll0kV及以上线路沿全长架设避雷线； (2)35kV雷电日较高应全长架设避雷线； (3)10-35kV，一般设1-2kM的进线段保护，以降低雷电波的陡度。避雷器选择一览表型 号安装地点数量参 数陡度冲击电流下残压kV雷电冲击电流下残压kV操作冲击电流下残压kV直流1mA参考电压kVYH10WZ102/266110kV母线2266YH5WZ51/13460kV侧母线215413411473YH5WZ17/4535kV母线24524.0YH1W72/186主变中性点218613786YH5WZ51/134主变60kV侧215413411473YH5WZ17/45主变35kV侧251.84538.324YH5WZ17/4535kV出线1051.84538.324参考文献1、电力工程电气设计手册西北、东北电力设计院编2、发电厂变电所电气接线和布置西北电力设计院编3、导体和电器选择设计技术规定4、10-220kV变电所设计辽宁科学技术出版社5、电力设备过电压保护设计技术规程6、有关教材发电厂电气部分电力系统分析等附录第一部分 计算书1、主变容量和台数选择计算1. 60KV侧：其出线回路数为7回，Kt=0.92,结合“1. 2变电站的负荷分析”35kv负荷情况分析表11知：73.5MVA2. 35KV侧：由于其出线回路数共10回，故可取Kt=0.85,结合35kv负荷情况分析可知：0.851.05（10+10+6+4+4+3+3+2）44.1MVA则三绕组变压器的计算容量：因此，选择两台75MVA的变压器。校验：（1）S选=75所以满足一台停运时另一台不小于全部容量的70。（2）S选=75也满足一台停运时另一台满足全部一、二类负荷。综上所述，最终确定为SF975000/110型变压器。第二部分 短路电流计算第一节 计算系统阻抗基准容量：Sj=100MVA基准电压：Uj=115/63/38.5kV额定电压：110/6322.5/38.522.5kV容量比： 75/75/75Ij=Sj/Uj=100/110=100/190.530.5249 KA2.各元件参数计算公式为：X变压器=(Ud%/100) (Sj/Se)则有：Ud1%=(1/2) (U d-%+ U d-%- U d-%)=(1/2) (17 +17-6.5)=13.75Ud2%=(1/2) ( U d-% + U d-% -U d-%)=(1/2) (6.5+17-17)=3.25Ud3%=(1/2) ( U d-%+U d-% - U d-%)=(1/2) 17+6.5-17)=3.25X1=X2=(Ud1%/100) (Sj/Se)=(13.75/100) (100/75)=0.18 X3=X4=(Ud2%/100) (Sj/Se)=(3.25/100) (100/75)=0.04 X5=X6=(Ud2%/100) (Sj/Se)=(3.25/100) (100/75)=0.04第二节 计算短路电流考虑最大运行方式为两台主变三测并列运行，最大短路电流为母线三相短路的电流，选择短路点为D1：110kV母线三相短路点D2：60kV母线三相短路点D3：35kV母线三相短路点1当D1点短路时:Id1=1/X系统=1/0.09=11.112当D2点短路时,其等值电路图为:由化简图1得:X7= X5+ X6=0.04+0.04=0.08由化简图2得:X8= X1X2/( X1+X2+X7)= 0.180.18/(0.18+0.18+0.08) 0.0736X9= X1X7/( X1+ X2+ X7)= 0.180.08/(0.18+0.18+0.08)0.0327X10= X7X2/( X1+X2+X7)=0.080.18/(0.18+0.18+0.08)0.0327由化简图3得:X11=(X3+X9)/ (X4+X10)=(1/2)(0.04+0.0327)0.0364Id2=1/(X11+X系统+X8)=1/(0.0364+0.09+0.0736)=53当D3点短路时,其等值电路图为:由化简图1得:X7 = X3+X4=0.04+0.04=0.08由化简图2得:X8 = X1 X2/( X1+ X2+ X7)= 0.180.18/(0.18+0.18+0.08) = 0.0736X9 = X1X7/( X1+ X2+ X7)= 0.180.08/(0.18+0.18+0.08)0.0327X10 = X7X2/( X1+ X2+ X7)= 0.080.18/(0.18+0.18+0.08)0.0327由化简图3得:X11 = (X5+ X9)/ (X6+ X10)=(1/2)(0.04+0.0736)0.0364Id3 = 1/(X11+X系统+X8)=1/(0.0364+0.09+0.0367)=54根据公式: I= IjI* 则有:I1= IjId1*=0.524911.115.8316KAI2= I3 =IjId2*=0.524952.6245ich1 =1.82 I1=2.55I1=2.555.831614.8706 KAich2 = ich3=1.82 I2=2.55 I2=2.552.62456.6925KAIch1=1.52I1=1.525.83168.864KAIch2= Ich3=1.52I2=1.522.62453.9892KA主要电气设备的校验（一）断路器及隔离开关的校验：主变侧：110KV60KV：35KV： 110KV负荷侧60KV负荷侧 35KV负荷侧（二）隔离开关校验110KV断路器选LW35110型 Ie=3150A，Igmax=367.4A，所以Ie Igmax Ue= Ugmax=110KV，所以UeUgmax 满足要求 a、热稳定校验：I2tdzI2rt 短路电流的假想时间，等于后备保护动作时间与断路器全分闸时间之和 即：tjs= tb+ td 其中：tb=0.5s，td=0.15s即：tjs=0.5+0.15=0.65s因：tjs1s 所以应考虑/=1非周期分量作用时间0.05s，在/=1时，查发电厂电气设备中周期分量等值时间曲线，得tz=0.5s, 所以tdz=0.5+0.05=0.55s 所以I2tdz=4.92220.55=13.3(KA2S) I2rt=31.523=2976.5(KA2S) I2tdzI2rt满足热稳定要求 b、动稳定校验：ichidw ich=12.55KA，idw=80KA所以满足要求c、开断电流校验：IekdI/ Iekd=31.5KA，I/=4.922KA所以IekdI/满足要求故所选LW35110型断路器符合要求110KV侧隔离开关选GW4110型Ie=1250A，Igmax=376.4A所以Ie Igmax满足要求Ue= Ugmax=110KV所以UeUgmax 满足要求a、热稳定校验：I2tdzI2rt I2tdz=4.92220